Физика в компьютерных играх

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ «КОЛЛЕДЖ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СТРОИТЕЛЬСТВА»

«Физика в компьютерных играх»

Выполни студенты:

Группы РКИ25-1

Беляков Никита

Сагадин Ярослав

Рыхлова Ева

Руководитель проекта:

Тютюнова Е. В.

Калининград 2026

Оглавление

I.Введение        3

Актуальность исследования        3

II. Основная часть        4

Что такое «Dota 2»?        4

Применение физики в играх        4

Примеры физики в игре        6

Приложение 1        8

Исследование        8

III. Заключение        9

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ        9

Приложение 2        10

I.Введение

Роль физического движка отвечает за моделирование движения, столкновений и взаимодействия объектов в игре. Он использует законы механики (например, коллайдеры, твердотельную физику, векторы силы и т.д.) для расчёта реакций объектов при движении и ударах.

Важность физики придаёт играм реалистичность и динамичность: персонажи двигаются, объекты реагируют на столкновения, снаряды летают по траекториям. Без физики игра была бы статичной и непредсказуемой (объекты «телепортировались» бы без учёта масс и скоростей).

Цель:

Цель этого материала — показать, как используется физика в компьютерных играх, на что влияет, и как она реализована.

Задачи:

1. Рассмотреть механики, лежащие в основе игрового процесса.
2. Проанализировать примеры применения физики в игровых ситуациях.
3. Рассмотреть связь между игровыми алгоритмами и научно-техническими областями.

Методы исследования

Анализ теоретических источников, изучение игровых механик

Гипотеза

Физические законы в компьютерных играх являются моделью реального мира, в которой точность намеренно снижена ради игрового баланса и удобства пользователя.

Актуальность исследования

В современном мире компьютерные игры стали неотъемлемой частью культуры и технологий. Их механики опираются на физику, что делает изучение таких игр важным для понимания того, как математика применяется в реальных цифровых системах.

II. Основная часть

Что такое «Dota 2»?

«Dota 2» — одна из самых популярных игр жанра MOBA, сочетающая в себе тактику, стратегию, динамичные сражения. Несмотря на развлекательный характер, в её основе лежит сложная система расчётов, влияющих на игровой процесс, баланс персонажей и стратегические решения игроков.

Применение физики в играх

1. В» Dota 2» физика нужна для:

• Предсказуемости геймплея (расчёт траекторий стрел, отталкиваний, дальности умений).
• Погружения (например, разлет обломков деревьев, визуальные эффекты заклинаний).

2. Физическая модель в «Dota 2» упрощённая, но базируется на классических уравнениях механики.

Линейное движение снаряда описывается формулой:
r(t) = r0 + v * t

r₀ — начальная позиция снаряда.

v — скорость снаряда.

t — время.

r(t) — положение снаряда в момент времени t.

Если объект имеет ускорение (например, отталкивание), используется формула движения с ускорением:
r(t) = r0 + v0 * t + 0.5 * a * t^2

1. Физика передвижения персонажей

• Скорость передвижения
• У каждого героя и юнита есть базовая скорость движения (обычно от 100 до 550 условных единиц в секунду).
• Бонусы от предметов или умений могут прибавлять к этой скорости (например, ботинки или умения ускорения).
• Суточные ограничения обычно 100 ≤ скорость ≤ 550, за исключением особых эффектов.

3. Задержка при смене направления (turn rate)

• Герои не разворачиваются мгновенно.
• У большинства героев скорость поворота составляет 0.5–0.6 (в игровых единицах), что даёт время ~0,15–0,19 с на поворот на 180°.
• Если цель атаки вне фронтальной дуги в ±11.5°, герой сначала поворачивается к ней, а затем совершает действие. Это влияет на «кайтинг» (маневрирование) в бою.

2. Линейное движение

• При отдаче команды идти герой сразу выходит на заданную скорость (ускорение фактически отсутствует или очень мало).
• Герои и крипы (юниты) не имеют инерции: остановка происходит почти мгновенно по команде.

3. Механика столкновений и препятствий

• Коллизии юнитов
• Герои, крипы и постройки в Dota имеют «графы столкновений» – они физически блокируют друг друга (например, один герой не может пройти сквозь другого).
• Это используется в тактике «блок крипов»: герой встает перед своими крипами, задерживая их продвижение.

4. Ограничения по местности

• Деревья и другие объекты (скалы, здания, холмы) являются непроходимыми. Деревья блокируют передвижение и обзор.
• Юниты не могут пересекать реку или заборы, за исключением специальных умений.
• При наличии преграды Dota AI пытается обойти её по маршруту.

5. Фазы и «phased»

• Есть умения (например, Eul’s Scepter, Shadow Strike), дающие «phased»-режим, когда юнит временно игнорирует столкновения и может проходить сквозь юнитов и препятствия.
• Такие эффекты временно изменяют обычную физику столкновений.

Примеры физики в игре

Пример 1: Температура пламени Lina

Ситуация: Пламя способностей Lina (например, Dragon Slave) выглядит желто-оранжевым.

Расчёт по закону Вина:

1. Формула (закон Вина): Температура = 2,9 × 10⁻³ / длина волны
2. Длина волны жёлтого света ≈ 600 нм = 0,0000006 м
3. Температура = 0,0029 / 0,0000006 ≈ 4800 К

Перевод в градусы Цельсия: 4800–273 ≈ 4500 °C

Вывод: Пламя Лины по температуре сравнимо с плазмой и намного горячее обычного огня.

Пример 2: Скорость передвижения Spirit Breaker

1. Идея: перевести игровую скорость в реальную — км/ч.
2. Дано: Скорость в игре ≈ 550 игровых единиц в секунду (с максимальными бонусами). 64 игровые единицы ≈ 1 метр.
3. Расчёт:

Перевод в метры в секунду: 550 / 64 ≈ 8,6 м/с

Перевод в км/ч: 8,6 × 3,6 ≈ 31 км/ч

4. Вывод: при полном разгоне Баратрум бежит со скоростью быстрого мотоцикла в городе.

Пример 3: Ускорение и сила при использовании Force Staff

1. Идея: Force Staff толкает героя вперёд — это пример силы и ускорения.
2. Дано:

Дистанция толчка: 600 игровых единиц

Время толчка: 0,5 с

Масса героя (примерно): 80 кг

3. Расчёт:

Формула ускорения: Ускорение = 2 × путь / время²

Ускорение ≈ 4800 игровых ед/с² → В метрах: ≈ 75 м/с²

Формула силы: Сила = масса × ускорение

Сила ≈ 80 × 75 = 6000 Н

4. Вывод: Force Staff толкает с силой, сравнимой с ударом автомобиля.

Пример 4: Кинетическая энергия стрелы Mirana

1. Идея: Sacred Arrow наносит урон за счёт кинетической энергии.
2. Дано:

Скорость стрелы ≈ 900 игровых ед/с → 900 / 64 ≈ 14 м/с

Масса стрелы ≈ 0,5 кг

3. Расчёт:

Формула кинетической энергии: Энергия = (масса × скорость²) / 2

Энергия ≈ (0,5 × 14²) / 2 ≈ 49 Дж

4. Вывод: Энергия стрелы сопоставима с сильным ударом тяжёлым предметом.

                                                                                Приложение 1

Исследование

В ходе исследования, проведенного в виде опроса среди студентов обучающихся специальности “разработка компьютерных игр” ГБУ КО ПОО “КИТиС” г. Калининград, мы составили опрос среди группы, в котором поучаствовало 18 человек показывающее результаты.

Вопрос и вариант ответа:

1. Знаете ли вы игру дота 2?

1) Да (94%)                2) Нет (6%)

2. Знаете, что и в игре дота 2 есть физика?

 1) Да (70%)                2) Нет (30%)

III. Заключение

В ходе работы наша команда исследовала, как законы физики оживляют игру Dota 2. Мы убедились, что она строится не только на сюжете и графике, но и на строгих физических принципах.

Благодаря анализу мы увидели, как от точных расчётов зависят полёт снарядов, скорость героев и их столкновения. Это доказывает, что физика — не просто фон, а основа геймплея, которая делает игру честной, динамичной и глубокой.

Таким образом, Dota 2 служит ярким примером того, как наука и технологии превращаются в увлекательный игровой мир, где каждое действие имеет свои правила и последствия.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Valve Corporation(valvesoftware.com) — официальная информация об игре

Dota 2 Wiki(dota2.gamepedia.com) — описания героев и механик

Материалы о работе OpenAI Five

Форумы и аналитические статьи по механикам игры

Использование интернет‑ресурсов:

Игровые порталы, статьи о киберспорте

        Приложение 2

Проверка на плагиат

Слайд 1. Вступление

Здравствуйте, мы представляем индивидуальный проект на тему «Физика в компьютерных играх».

В нашей работе мы рассмотрели, как законы физики применяются в компьютерных играх на примере игры Dota 2.

Слайд 2. Цель и задачи

Цель нашего проекта — показать, что физика играет важную роль в игровом процессе.

Для этого мы проанализировали игровые механики, рассмотрели примеры применения физических законов и их связь с игровыми алгоритмами.

Слайд 3. Введение и актуальность

Современные компьютерные игры используют физические движки, которые отвечают за движение персонажей, столкновения и взаимодействие объектов.

Физика делает игру более реалистичной и понятной для игрока.

Актуальность темы заключается в том, что игры сегодня — это не только развлечение, но и часть современной культуры и технологий.

Слайд 4. Гипотеза

Наша гипотеза заключается в том, что физические законы в компьютерных играх являются моделью реального мира, но в упрощённой и адаптированной форме.

Слайд 5. Почему Dota 2

В качестве примера мы выбрали игру Dota 2, так как она популярна и содержит большое количество механик, связанных с физикой.

Физика в этой игре влияет на передвижение героев, столкновения, а также работу предметов и способностей.

Слайд 6. Скорость передвижения персонажей

В Dota 2 у каждого героя есть базовая скорость передвижения, которая измеряется в игровых единицах в секунду.

Эта скорость может увеличиваться или уменьшаться за счёт предметов и эффектов.

Таким образом, движение персонажей описывается через конкретные числовые параметры, аналогичные физическим величинам.

Слайд 7. Задержка при смене направления

В игре существует параметр turn rate — задержка при смене направления движения.

Герои не могут мгновенно развернуться, что делает их движение более правдоподобным и добавляет тактический элемент в игровой процесс.

Слайд 8. Игровые условности

При этом некоторые физические процессы в игре намеренно упрощены.

Например, персонажи почти сразу выходят на заданную скорость, а инерция отсутствует.

Это сделано для удобства управления и баланса, чтобы игрок мог точно контролировать персонажа.

Слайд 9. Столкновения и исключения

В Dota 2 реализована система столкновений: герои, крипы и постройки имеют физические границы и не могут проходить друг сквозь друга.

Однако существуют способности и предметы, которые временно позволяют игнорировать столкновения и проходить сквозь существ.

Такие исключения являются частью игровых механик и не нарушают общую логику физической модели.

Слайд 10. Пример 1 — температура пламени Lina

В первом примере мы рассмотрели способность героя Lina.

Используя физический закон Вина и длину волны излучаемого света, мы рассчитали примерную температуру пламени.

Полученное значение составило около 4500 градусов Цельсия, что соответствует высоким температурам реального пламени.

Слайд 11. Пример 2 — скорость Spirit Breaker

Во втором примере мы рассчитали скорость передвижения героя Spirit Breaker.

После перевода игровых единиц в реальные величины скорость составила примерно 31 километр в час.

Это сопоставимо со скоростью быстрого бега.

Слайд 12. Пример 3 — действие Force Staff

Далее мы рассмотрели предмет Force Staff, который толкает персонажа на определённое расстояние.

Используя формулы ускорения и силы, мы рассчитали, что сила воздействия может достигать около 6000 ньютонов.

Это показывает, что игровые механики можно анализировать с точки зрения физики.

Слайд 13. Пример 4 — кинетическая энергия стрелы Mirana

Также мы рассчитали кинетическую энергию стрелы героя Mirana.

Используя массу стрелы и её скорость, мы получили значение около 49 джоулей, что соответствует энергии реального метательного оружия.

Слайд 14. Исследование (опрос)

Мы провели опрос.

94% опрошенных знают игру Dota 2, однако только 70% знают, что в ней используется физика.

Это показывает, что многие игроки не задумываются о физических процессах, происходящих в игре.

Слайд 15. Заключение

В ходе выполнения проекта мы выяснили, что физика играет важную роль в компьютерных играх.

На примере Dota 2 мы показали, что законы физики используются в движении, столкновениях и взаимодействии объектов.

Физика в компьютерных играх» тезисы

Беляков Н., Сагадин Я., Рыхлова Е. (группа РКИ25-1)

e-mail nekbelak@gmail.com

Государственное бюджетное учреждение Калининградской области профессиональная образовательная организация

 «Колледж информационных технологий и строительства»

Руководитель Тютюнова Елена Викторовна

Актуальность В современном мире компьютерные игры стали неотъемлемой частью культуры и технологий. Их механики опираются на физику, что делает изучение таких игр важным для понимания того, как математика применяется в реальных цифровых системах.

 Цель и задача проекта

Цель этого материала — показать, как используется физика в компьютерных играх, на что влияет, и как она реализована.

Задачи исследования

1. Рассмотреть механики, лежащие в основе игрового процесса.
2. Проанализировать примеры применения физики в игровых ситуациях.
3. Рассмотреть связь между игровыми алгоритмами и научно-техническими областями.

 Методы исследования

Анализ теоретических источников, изучение игровых механик

Ключевые результаты

Упрощённые, но точные модели движения (r(t) = r₀ + v·t) и ускорения (r(t) = r₀ + v₀·t + ½a·t²) лежат в основе механик.
Параметры вроде turn rate (задержка поворота) и отсутствие инерции сознательно введены для тактической глубины.

Расчёты подтверждают связь игровых величин с реальной физикой:
Пламя Лины (~4500°C) близко к температуре плазмой и намного горячее огня
Spirit Breaker развивает скорость до 31 км/ч.
Force Staff толкает героя с силой ~6000 Н (сравнимо с ударом автомобиля).
Стрела Мираны обладает кинетической энергией ~49 Дж.

Опрос показал:

 94% студентов знают игру дота2

А 6% не знают про нее

 70% знают наличие физике в игре

А 30% не знают что в игре дота2 есть физика

Заключение         

В ходе работы наша команда исследовала, как законы физики оживляют игру Dota 2. Мы убедились, что она строится не только на сюжете и графике, но и на строгих физических принципах.

4. Выводы

Dota 2 — пример сложной системы, где физические законы обеспечивают сбалансированный, предсказуемый и глубокий игровой процесс.

Исследование подтверждает практическую значимость знаний из физики и математики для разработки игр.

Работа может использоваться как наглядный материал, показывающий связь IT-технологий с точными науками.

список используемой литературы

Valve Corporation(valvesoftware.com) — официальная информация об игре

Dota 2 Wiki(dota2.gamepedia.com) — описания героев и механик

Материалы о работе OpenAI Five

Форумы и аналитические статьи по механикам игры

Использование интернет‑ресурсов:

Игровые порталы, статьи о киберспорте